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基于单片机原理的多功能测量仪的设计毕业设计.doc

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基于单片机原理的多功能测量仪的设计

华北科技学院毕业设计(论文)

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基于单片机原理的多功能测量仪的设计毕业设计

目录

TOC\o1-3\h\z\u设计总说明 IV

GeneralDesignDescription VI

一.绪论 9

1.1课题的研究背景 9

1.2测量仪表的简介 9

1.351单片机简介 10

二.电参数测量的理论依据 12

2.1交流电流、电压有效值的测量 12

2.2两相间相位差的测量 13

2.3单相有功功率、无功功率、视在功率的测量 14

2.4三相有功功率的测量 15

2.5功率因数的测量 15

三.方案设计 16

3.1使用功能要求 17

3.2仪器设计的总体框架和各模块的划分 17

四.硬件电路设计 19

4.1信号采集电路 19

4.1.1电压信号采集电路 19

4.1.2电流信号采集电路 20

4.2整形电路设计 21

4.3A/D转换电路 22

4.474ls138译码器 32

4.5A/D转换电路 34

4.6显示电路设计 35

4.6.1数码管的介绍 35

4.6.2数码管结构 37

4.6.3驱动方式 37

4.6.4适用范围 39

4.7CD4511 40

4.7.1引脚功能 40

4.7.2工作范围 41

4.7.3真值表 41

4.7.4使用方法 41

4.7.5锁存功能 42

4.8通信接口电路 44

4.8.1Rs485特点 44

4.8.2接口 44

4.8.3rs485功能 45

4.8.4RS-485通信电路 46

五.系统软件设计 47

5.1程序模块的划分 47

5.2结构化程序的设计方法 47

5.3软件模块 48

5.3.1主程序流程图 48

5.3.2数据采集子程序 50

5.3.3数据处理程序 50

5.3.4A/D转换程序 52

5.3.5数码管显示 53

5.3.6RS485 53

六.总结与展望 55

附录A:总电路图 58

附录B:总的系统框图 59

附录C:程序 60

致谢 64

基于单片机原理的多功能测量仪的设计

设计总说明

随着电力系统的快速发展,电网容量不断增大,结构日趋复杂,电力系统中实时监控、调度的自动化显得尤为重要,而电力参数的数据采集又是实现自动化的重要环节,如何快速准确地采集系统中各元件的电参数(电压、电流、功率、功率因数等)是实现电力系统自动化的一个重要因素。

利用单片机采用程序设计方法来产生低频信号,其频率底线很低。具有线路相对简单,结构紧凑,价格低廉,频率稳定度高,抗干扰能力强,用途广泛等优点,并且能够对波形进行细微调整,改良波形,使其满足系统的要求。只要对电路稍加修改,调整程序,即可完成功能升级。

本设计中所用的89C51单片机是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器。这款单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次,采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的89C51是一种高效微控制器。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉价。在本设计中,由于计算较为简单,电路灵活,这款单片机完全符合设计的要求,同时也使得设计更加的简单方便。

智能仪表是随着80年代初单片机技术的成熟而发展起来的,现在世界仪表市场基本被智能仪表所垄断。究其原因就是企业信息化的需要,企业在仪表选型时其中的一个必要条件就是要具有联网通信接口。最初是数据模拟信号输出简单过程量,后来仪表接口是RS232接口,这种接口可以实现点对点的通信方式,但这种方式不能实现联网功能。随后出现的RS485解决了这个问题的方案。

RS-232、RS-422与RS-485都是串行数据接口标准,最初都是由电子工业协会(EIA)制订并发布的,RS-232在1962年发布,命名为EIA-232-E,作为工业标准,以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422由RS-232发展而来,它是为弥补RS-232之不足而提出的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点,RS-422定义了一种平

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